Что такое анализатор спектра?

Это устройство измеряет величину входных сигналов в частотном диапазоне прибора. Главное применение — измерение мощности сигналов – известных и неизвестных. Учитывая проблему характеристики поведения современных устройств, нужно понимать, как параметры амплитуды, частоты и модуляции ведут себя в течение коротких и длинных временных интервалов.

Радиодиапазоны электромагнитного спектра, пожалуй, являются наиболее строго ограниченными, регулируемыми и контролируемыми ресурсами на Земле, а точность, соответствие требованиям и безопасность – важными и обязательными при производстве и тестировании всего, что работает в этих диапазонах. Радиочастотные (РЧ) анализаторы представляют собой набор контрольно-измерительных приборов, незаменимых для решения таких задач. Рассмотрим подробнее, что такое анализатор спектра радиочастот.

Что такое анализатор спектра

Радиочастотный анализатор спектра — это особый тип, предназначенный для характеристики реакции устройства или схемы на радиочастотные сигналы с использованием сетевого анализа.

Радиочастотные анализаторы обеспечивают анализ спектра сигнала и сети на радиочастотных устройствах, а также определение характеристик таких параметров:

• амплитуда радиочастотного сигнала на разных частотах;
• параметры рассеяния (S-параметры);
• сопротивление всей сети;
• увеличение мощности радиочастотного сигнала при его передаче через сеть;
• обратные и вносимые потери в мощности сигнала;
• фазовые сдвиги в сигнале.

Эти аспекты имеют решающее значение для тестирования, проектирования, устранения неисправностей радиочастотных цепей, чтобы гарантировать, что они удовлетворяют функциональным требованиям и соответствуют нормативам.

Обратите внимание, что РЧ-анализаторы — это общее название этих приборов, независимо от их полосы пропускания. Некоторые модели ограничены диапазоном радиочастот — от 3 килогерц (кГц) до 3 гигагерц (ГГц) — в то время как другие могут измерять в микроволновом диапазоне (до 30 ГГц) и даже в диапазоне миллиметровых волн (до 110 ГГц).

Что представляет собой анализатор спектра

Поскольку радиочастотные сигналы стали повсеместными в текущей современности, возникли проблемы с помехами между устройствами, которые их генерируют. Традиционные инструменты, анализаторы качающегося спектра (SA) и векторные анализаторы сигналов (VSA), создают моментальные снимки сигнала в частотной или модуляционной области. Зачастую данной информации недостаточно, чтобы уверенно описать динамическую природу современных частот.

Что показывает анализатор спектра

Одним из таких измерительных инструментов, который был усовершенствован, является цифровой анализатор спектра в реальном времени. Он помогает в решении большинства современных задач радиочастотных измерений, к ним относятся:

• обнаружение редких и кратковременных событий снижения помех;
• умение видеть слабые сигналы, замаскированные сильными;
• наблюдение сигналов, замаскированных шумом, поиск и анализ динамических и переходных сигналов;
• захват пакетных передач, коммутационных переходных процессов, сбоев и т. д.

Спектроанализатор в реальном времени (RSA) представляет инструмент, способный обнаруживать неуловимые эффекты в сигналах, запускать их, плавно фиксировать в памяти и проводить анализ в частотной, модуляционной, временной, статистической и кодовой областях.

Чем отличается анализатор спектра от осциллографа

Анализаторы спектра и осциллографы — два наиболее важных инструмента в любой электронной лаборатории. Проще говоря, первый используется для измерения информации о частоте сигнала, тогда как осциллографы используются для измерения информации о синхронизации сигнала. Однако в реальной жизни природа сигналов заранее неизвестна, поэтому наличие обоих приборов позволяет правильно определить характеристики сигнала. Важно отметить, что анализаторы спектра объединяют оба инструмента в одном, что позволяет более комплексно измерить сигнал или его портативность в определенных средах. Гораздо более чувствительные возможности или немедленные измерения RSA — это лишь некоторые из причин, по которым можно выбрать спектроанализатор в качестве отдельного прибора.

Для чего нам нужны анализаторы

Радиочастотные анализаторы часто используют для тестирования всего радиочастотного оборудования и потребительских устройств, участвующих в беспроводной передаче голоса и данных, в том числе:

• технологии мобильной радиосвязи, такие как 6G, 5G и Long-Term Evolution (LTE);
• сети Wi-Fi;
• каналы передачи данных с одного устройства на другое через Bluetooth.

Принцип работы и назначение

Рассмотрим подробнее назначение анализатора спектра. Они применяются для решения различных задач тестирования сетей мобильной радиосвязи:

• Характеристика потерь на трассе: на покрытие миллиметровых волн 5G/6G отрицательно влияют дождь, листва, здания, горы и многое другое.
• Тестирование покрытия базовых станций.
• Измерения мощности компонентной несущей. Поставщики мобильной связи должны измерять уровни мощности компонентной несущей, чтобы гарантировать, что базовые станции передают с оптимальной мощностью.
• Тестирование радиопомех. Помехи, создаваемые другими базовыми станциями, наземными спутниковыми станциями и другими радиотехнологиями, являются распространенной проблемой в мобильной радиосвязи.
• Проверка качества сети и характеристик луча: программное обеспечение радиочастотного анализатора может сообщать о ключевых показателях производительности, таких как полученная мощность опорного сигнала (RSRP), качество принимаемого опорного сигнала (RSRQ), индикатор уровня принимаемого сигнала (RSSI) и многое другое.
• Оценка воздействия электромагнитного поля (ЭМП): операторы связи должны проверять уровни воздействия ЭМП в полевых условиях на соответствие нормативным ограничениям и поддерживать безопасную среду для населения и работников. Радиочастотные анализаторы позволяют им измерять эти уровни.

Типы анализаторов спектра радиочастот

Спектроанализаторы классифицируются с разверткой и скорым преобразованием Фурье (БПФ) на основе методов, используемых для получения спектра.

• с качающейся настройкой;
• спектра БПФ;
• настольный;
• портативный;
• сетевой и пр.

Главные характеристики

Частотные анализаторы представляют собой особый тип, имеющий следующие отличия:

• Функциональность: РЧ-анализаторы специализируются на спектральном анализе сигналов, уделяя особое внимание параметрам, критически важным для анализа, а именно демодуляции, качеству модуляции и мониторингу спектра.
• Чувствительность и точность. Радиочастотные анализаторы обеспечивают более высокую чувствительность и точность для РЧ-сигналов благодаря своей специализированной конструкции, тогда как анализаторы спектра общего назначения могут иметь более низкую чувствительность и точность для сигналов, учитывая более широкий диапазон их применения.
• Функции анализа.
• Измерение сигналов.

Виды анализаторов спектра

Их можно разделить на 3 основные категории в зависимости от архитектуры: с разверткой (SA), векторные (VSA) и в реальном времени (RSA). Принципы действия анализаторов спектра приводят к одному – получению сигнала и преображению его в информацию.

Анализаторы качающегося спектра (SA)

Супергетеродинный с качающейся настройкой имеет традиционную архитектуру и больше подходит для наблюдения контролируемых статических сигналов. SA измеряет зависимость мощности от частоты, используя понижающееся преобразование сигнала и пропуск его через фильтр разрешений (RBW).

Векторные анализаторы сигналов (ВСА)

Анализ сигналов, которые несут цифровую модуляцию, нуждаются в векторных измерениях, которые предоставляют информацию как о величине, так и о фазе. VSA оцифровывает всю радиочастотную мощность в полосе пропускания и помещает в оцифрованном виде в память.

Анализаторы спектра реального времени (RSA)

RSA выполняет анализ сигнала в реальном времени с применением цифровых технологий (DSP) до сохранения в памяти, в отличие от обработки после сбора информации, которая распространена в архитектуре VSA.

Как выбрать анализатор спектра

Какие особенности и возможности следует учитывать при выборе ВЧ-анализатора? Ключевые возможности, на которые следует обращать внимание в анализаторе, включают:

• широкий частотный диапазон с быстрой разверткой;
• полосу разрешения, которая может обнаруживать очень узкие сигналы, преобладающие для этого варианта;
• векторный сетевой анализ для характеристики S-параметров и подобных аспектов;
• спектральный анализ в реальном времени;
• сканирование каналов для проверки покрытия и мощности в нескольких каналах;
• спектрограмму и интерференционный анализ;
• возможности анализа сигналов – модуляции и демодуляции;
• следящий генератор, синхронизирующийся с частотой развертки для определения характеристики антенн, радиочастотных устройств и кабелей;
• встроенную калибровку частот для обеспечения точных показаний.

Принцип работы анализатора спектра RTSA отличается, он непрерывно производит выборку частотного диапазона без каких-либо пропусков, одновременно обрабатывая данные в фоновом режиме. Это чрезвычайно полезно для цифровых беспроводных сигналов, а также для обеспечения безопасности и военных приложений.